(57)【要約】【課題】接地電極の温度上昇を低減するとともに消炎作用を抑制することができるスパークプラグを提供する。【解決手段】スパークプラグ１００は、シリンダヘッドに着脱可能なネジ部２１を有する取付部２０と、取付部２０に収装される絶縁体３０と、絶縁体３０に保持される中心電極４０と、中心電極４０の先端と対峙する接地電極５０とを備え、中心電極４０と接地電極５０との間で気中放電する。この接地電極５０は、取付部２０から軸方向に形成される根元部５２と、根元部５２から軸心に向かうように湾曲する湾曲部５３と、湾曲部５３から軸心に向って形成される先端部５４とを有し、接地電極５０よりも熱伝導率が高い芯材５５、５６を接地電極５０の湾曲部５３以外の少なくとも一部に埋設する。【選択図】図２
2007299670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドに着脱可能なネジ部を有する取付部と、前記取付部に収装される絶縁体と、前記絶縁体に保持される中心電極と、前記中心電極の先端と対峙する接地電極とを備え、前記中心電極と前記接地電極との間で気中放電するスパークプラグにおいて、
前記接地電極であって、前記取付部から軸方向に形成される根元部と、根元部から軸心に向かうように湾曲する湾曲部と、湾曲部から軸心に向って形成される先端部とを有する接地電極と、
前記接地電極よりも熱伝導率が高く、前記接地電極の湾曲部以外の少なくとも一部に埋設される芯材と、
を備えることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記芯材は、前記接地電極の先端部に埋設される、
ことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記芯材は、前記接地電極の根元部に埋設される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記芯材は、前記接地電極よりも比重が小さい、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記接地電極は、少なくとも一以上設けられる、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパークプラグの電極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパークプラグは、車両のエンジン等の熱負荷の厳しい環境において使用される。そのため、スパークプラグの中心電極に対峙する接地電極では、接地電極の先端部の電極温度が上昇して耐久温度を超え、エンジンの振動等に起因する加振力によって変形するという問題があった。
【０００３】
特許文献１では、スパークプラグの接地電極は熱伝導率の高い複数の芯材と、その芯材を被覆する被覆材とによって形成する。この芯材によって、スパークプラグの接地電極の電極温度の上昇を抑制する。
【特許文献１】特開２００１−３５１７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、スパークプラグの接地電極は、その先端部から根元部まで熱伝導率の高い芯材を配置するため、接地電極の電極温度が低下しすぎて点火時の火炎核の発熱量が接地電極によって奪われ（以下「消炎作用」と称する）、運転状態によっては混合気に着火できずに失火するという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、接地電極の温度上昇を低減するとともに消炎作用を抑制することができるスパークプラグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のスパークプラグは、シリンダヘッドに着脱可能なネジ部を有する取付部と、取付部に収装される絶縁体と、絶縁体に保持される中心電極と、中心電極の先端と対峙する接地電極とを備え、中心電極と接地電極との間で気中放電する。この接地電極は、取付部から軸方向に形成される根元部と、根元部から軸心に向かうように湾曲する湾曲部と、湾曲部から軸心に向って形成される先端部とを有し、接地電極よりも熱伝導率が高い芯材を接地電極の湾曲部以外の少なくとも一部に埋設する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、スパークプラグの接地電極の湾曲部以外の一部に熱伝導率の高い芯材を配置するため、接地電極の先端部の電極温度を、許容温度以下でプレイグニッションが発生しない程度に高くすることができる。これにより、接地電極の先端部における消炎作用を抑制することができ、かつエンジンの振動等に起因する変形を防止することができる。
【０００８】
また、負荷のかかりやすい接地電極の湾曲部を無垢な素材で形成するため、湾曲部の機械的強度を高めることができ、エンジンの振動等に対して十分な耐久性を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１実施形態）
以下、図面を参照してスパークプラグの第１実施形態を説明する。
【００１０】
図１は、本発明のスパークプラグの第１実施形態を示す図である。なお、図１では、スパークプラグ１００の点火部１０の一部を断面として示す。
【００１１】
第１実施形態に係るスパークプラグ１００は車両用のエンジン等に使用され、取付部２０、絶縁体３０、中心電極４０及び接地電極５０を備える。
【００１２】
スパークプラグ１００は、図示しないシリンダヘッドに設けられた挿入孔に挿入され、燃焼室内に点火部１０が突出するように固定される。スパークプラグ１００の取付部２０は円筒形状であり、取付部２０の先端側の周囲にネジ部２１を一体形成する。この取付部２０のネジ部２１は、ネジ加工されたシリンダブロックの挿入孔と螺合し、スパークプラグ１００をシリンダブロックに着脱可能に固定する。また、取付部２０の内側には、中心電極４０を絶縁する絶縁体３０が固定される。
【００１３】
絶縁体３０は、絶縁性を有するアルミナ等からなる碍子によって形成される。絶縁体３０は、その先端が取付部２０の先端から突出するように設けられる。絶縁体３０の軸孔３１には中心電極４０が収装され、中心電極４０は絶縁体３０によって取付部２０等から絶縁される。
【００１４】
絶縁体３０によって絶縁保持される中心電極４０は、例えば銅等の熱伝導率の高い金属材料を耐熱性及び耐食性に優れたニッケル合金等によって被覆した円柱状に形成される。中心電極４０の先端には、円盤状の中心電極側チップ４１が溶接によって固定される。また、中心電極４０は、中心電極側チップ４１が絶縁体３０の先端から突出するように設けられる。
【００１５】
上記した取付部２０の先端には、中心電極４０との間で気中放電するための接地電極５０が設けられる。接地電極５０は、例えば、ニッケル合金等からなる角柱によって略Ｌ字状に形成されている。接地電極５０の基端は、取付部２０の先端に溶接によって固定されている。また、接地電極５０の先端には、円盤状の接地電極側チップ５１が溶接されている。接地電極側チップ５１は、中心電極４０の中心電極側チップ４１との間に所定の隙間（以下「放電ギャップ」と称する）１１を持って対峙し、この放電ギャップ１１において気中放電する。接地電極５０は、図２に示す通り、その内部にニッケル合金よりも熱伝導率の高い芯材５５、５６を有する。
【００１６】
図２は、スパークプラグ１００の接地電極５０の断面を示す。
【００１７】
図２に示す通り、第１実施形態のスパークプラグ１００の接地電極５０は、根元部５２（位置ａ‐ｂ間）、湾曲部５３（位置ｂ‐ｃ間）及び先端部（位置ｃ‐ｄ間）で構成されている。
【００１８】
スパークプラグ１００の接地電極５０は、根元部５２及び先端部５４の内部に芯材５５、５６を有する。芯材５５、５６は、接地電極５０の軸心に接地電極形状に沿うように配置される。この芯材５５、５６は、接地電極５０を形成するニッケル合金よりも熱伝導率の高い材料、例えば銅等で形成される。また、接地電極５０の湾曲部５４は、芯材を有しておらず、ニッケル合金のみで形成されている。
【００１９】
上記のように構成されるスパークプラグ１００の作用を図３に基づいて説明する。
【００２０】
図３は、スパークプラグ１００によって混合気が点火された時の火炎核の発達過程を示す図である。破線で示す円Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、時間経過に伴って発達拡大する火炎核を模式的に示す。
【００２１】
スパークプラグ１００では、点火コイルから高電圧が与えられると、放電ギャップ１１において気中放電が生じる。この気中放電時の放電火花によって燃焼室内の混合気が点火されると、放電ギャップ１１の中心点Ｘにおいて火炎核が形成される。この火炎核は、周囲の混合気を活性化して、図３のＴ１からＴ３に示すように、時間の経過とともに徐々に発達していく。火炎核はＴ３程度まで発達すると、接地電極５０の先端部５４や絶縁体３０の先端と接触する。
【００２２】
このように、火炎核が接地電極５０の先端部５４等と接触すると、火炎核の発熱量が接地電極５０等に奪われて消炎作用を受けるが、この消炎作用が小さい場合には、燃焼室内の混合気は安定して爆発燃焼する。
【００２３】
ここで、比較のために、従来のスパークプラグ（以下「従来プラグ」と称する）について図７に基づいて説明する。図７は、従来プラグの構造を示す図である。
【００２４】
図７に示す通り、従来プラグ４００は、接地電極４５０の先端部４５４から根元部４５２の内部に熱伝導率の高い芯材４５５を有する。芯材４５５は、接地電極４５０が燃焼時に受けた熱を根元部４５２と接続する取付部４２０に逃がす。そのため、エンジンを連続運転した場合においても、接地電極４５０の先端部４５４の電極温度上昇が抑制される。しかしながら、接地電極４５０の先端部４５４の電極温度が低くなって消炎作用が増大するため、従来プラグ４００では失火が生じやすいという問題がある。
【００２５】
これに対して、本実施形態では、図２に示したように、接地電極５０の先端部５４（位置ａ‐ｂ間）に芯材５６を配置することで消炎作用の低減を図り、根元部５２（位置ｃ‐ｄ間）に芯材５５を配置することで接地電極５０の温度上昇を抑制するようにしている。
【００２６】
図４は、接地電極の電極位置−電極温度特性を示す概略図である。横軸は接地電極５０の電極位置を示し、縦軸はその位置での電極温度を示す。横軸に示したａ、ｂ、ｃ、ｄは、図２に示した位置ａ〜位置ｄと同じ位置を示す。また、実線Ａは本実施形態のスパークプラグ１００を、破線Ｂは従来プラグ４００を、破線Ｃは接地電極に芯材を有さないスパークプラグを示す。なお、実線Ａから破線Ｃにおいて、位置ａの温度は所定温度に維持されており、位置ｄに入力する熱量は一定とする。
【００２７】
破線Ｂに示すように、従来プラグ４００では、根元部４５２から先端部４５４まで芯材４５５を配置するため、位置ａから位置ｄの電極温度の傾きは破線Ｃと比較して小さく、電極温度は破線Ｃよりも全体的に低くなる。このように、接地電極４５０の電極温度上昇は全体的に抑制され、熱負荷による接地電極４５０の劣化は抑制される。しかしながら、その反面、従来プラグ４００では、先端部４５４の電極温度も低くなるため、消炎作用が増大して失火が生じやすくなる。
【００２８】
また、破線Ｃに示すように、芯材を有さないスパークプラグでは、位置ａから位置ｄの電極温度の傾きは破線Ｂと比較して大きく、電極温度もが全体的に破線Ｂよりも高くなるため、接地電極の先端部の電極温度が高くなり、消炎作用は抑制される。しかしながら、図４に示すように、接地電極の先端部の電極温度が許容温度を超えてしまうため、プレイグニッションが発生しやすく、又エンジンの振動等に起因する加振力によって変形しやすくなる。
【００２９】
一方、本実施形態に係るスパークプラグ１００では、接地電極５０の湾曲部５３には芯材を配置せずに、接地電極５０の根元部４２及び先端部５４には芯材５５、５６を配置する。そのため、接地電極５０の電極温度は、実線Ａに示すように、位置ａ‐ｂ間では破線Ｂと同様の傾きで上昇し、位置ｂ‐ｃ間では破線Ｃと同様の傾きで上昇して、位置ｃ‐ｄ間では破線Ｂと同様の傾きで上昇する。
【００３０】
このように、第１実施形態に係るスパークプラグ１００では、位置ｃと位置ｄとの電極温度差を小さくすることができ、位置ｃ−ｄ間の電極温度を許容温度以下で破線Ｂよりも高い温度に設定することができる。これにより、スパークプラグ１００では、接地電極５０の先端部５４の電極温度を許容温度以下で比較的均一な高温の温度分布とすることができるため、先端部５４での消炎作用を抑制できるとともにエンジン振動等に起因する変形も防止できる。
【００３１】
また、接地電極５０の湾曲部５３には芯材を配置しないため、位置ｂ‐ｄ間の電極温度は破線Ｂよりも高くなるが、根元部５３の芯材５６によって位置ａ‐ｂ間の電極温度は破線Ｂと同様に低くすることができる。そのため、接地電極５０の全体的な電極温度は破線Ｃよりも低くなり、熱負荷による接地電極５０の劣化を抑制できる。
【００３２】
以上により、第１実施形態は下記の効果を得ることができる。
【００３３】
本発明によれば、接地電極５０の先端部５４の電極温度を、許容温度以下でプレイグニッションが発生しない程度に高くすることができ、かつ先端部５４の電極温度分布を比較的均一にすることができる。これにより、接地電極５０の先端部５４における消炎作用を抑制して着火性を向上させることができるとともに、エンジンの振動等に起因する変形を防止することができる。
【００３４】
また、接地電極５０の根元部５２及び先端部５４に芯材５５、５６を配置することで、接地電極５０の電極温度上昇を全体的に低減することができ、熱負荷に起因する接地電極５０の劣化を防止することが可能となる。
【００３５】
さらに、負荷のかかりやすい接地電極５０の湾曲部５３は無垢な素材のみで形成するため、湾曲部５３の機械的強度を高めることができ、エンジンの振動等に対して十分な耐久性を確保することが可能となる。
【００３６】
（第２実施形態）
図５（Ａ）は、スパークプラグの第２実施形態を示す図である。
【００３７】
第２実施形態のスパークプラグ２００の構成は、第１実施形態と基本構成はほぼ同様であるが、芯材２５５の配置において一部相違する。つまり、接地電極２５０の根元部２５２にのみ芯材２５５を配置するようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。
【００３８】
スパークプラグ２００の接地電極２５０は略Ｌ字状に形成されており、その基端は取付部２２０の先端に溶接により固定されている。接地電極２５０の先端には、円盤状の接地電極側チップ２５１が溶接される。接地電極側チップ２５１と、絶縁部２３０の内側に固定される中心電極の先端に固定される中心電極側チップ２４１とは、所定の放電ギャップ２１１を持って対峙する。
【００３９】
この接地電極２５０の根元部２５２（位置ａ‐ｂ間）には芯材２５５が配置される。この芯材２５５は、第１実施形態と同様に、接地電極２５０を形成するニッケル合金よりも熱伝導率の高い銅等で形成される。一方、湾曲部２５３（位置ｂ‐ｃ間）から先端部２５４（位置ｃ‐ｄ間）までの接地電極２５０は、芯材２５５が配置されず、ニッケル合金のみによって形成されている。
【００４０】
上記したスパークプラグ２００の電極位置と温度との関係について図５（Ｂ）に基づいて説明する。
【００４１】
図５（Ｂ）は、第２実施形態に係るスパークプラグ２００の電極位置−温度特性を示す。横軸は接地電極２５０の位置を示し、縦軸はその位置での電極温度を示す。破線Ｄは第２実施形態のスパークプラグ２００を示す。破線Ｂ及び破線Ｃについては、第１実施形態と同様であり、説明の容易のため省略する。
【００４２】
スパークプラグ２００では、根元部２５２のみに熱伝導率の高い芯材２５５を配置するため、位置ａ‐ｂ間では電極温度の傾きは破線Ｂと同様に小さく、芯材２５５を有さない位置ｂ‐ｄ間では電極温度の傾きは大きくなる。したがって、スパークプラグ２００では、位置ｃと位置ｄとの電極温度の温度差は大きくなるが、位置ｃ−ｄ間の電極温度を許容温度以下で破線Ｂよりも高い温度に設定できる。これにより、スパークプラグ２００では、第１実施形態よりも消炎作用を抑制する効果は小さくなるが、従来プラグ４００と比較して消炎作用を抑制することができるとともに、エンジン振動等に起因する変形も防止できる。
【００４３】
また、接地電極２５０の先端部２５４及び湾曲部２５３には芯材２５５が配置されていないため、位置ｂ‐ｄ間の電極温度は破線Ｂよりも高くなるが、根元部２５３には芯材２５５が配置されているため、位置ａ‐ｂ間の電極温度は破線Ｂと同様に低くすることができる。そのため、接地電極２５０の全体的な電極温度が破線Ｃよりも低くなり、熱負荷による接地電極２５０の劣化を抑制できる。
【００４４】
以上により、第２実施形態は下記の効果を得ることができる。
【００４５】
本発明によれば、接地電極２５０の根元部２５２にのみ芯材２５５を配置するため、接地電極２５０の先端部２５４の温度差は大きくなるが、先端部２５４の電極温度を許容温度以下でプレイグニッションが発生しない程度に高くすることができる。また、接地電極２５０の全体的な電極温度上昇を全体的に低減することができる。これにより、第１実施形態よりも消炎作用の抑制効果は小さくなるものの、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００４６】
（第３実施形態）
図６（Ａ）は、スパークプラグの第３実施形態を示す図である。
【００４７】
第３実施形態のスパークプラグ３００の構成は、第１実施形態と基本構成はほぼ同様であるが、芯材３５５の配置において一部相違する。つまり、接地電極３５０の先端部３５４にのみ芯材３５５を配置するようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。
【００４８】
スパークプラグ３００の接地電極３５０は略Ｌ字状に形成されており、その基端は取付部３２０の先端に溶接により固定されている。接地電極３５０の先端部３５４には、円盤状の接地電極側チップ３５１が溶接される。接地電極側チップ３５１と、絶縁部３３０の内側に固定される中心電極の先端に固定される中心電極側チップ３４１とは、所定の放電ギャップ３１１を持って対峙する。
【００４９】
この接地電極３５０の先端部３５４（位置ｃ‐ｄ間）には、芯材３５５が埋設される。この芯材３５５は、第１実施形態と同様に、接地電極３５０を形成するニッケル合金よりも熱伝導率の高い銅等で形成される。一方、接地電極３５０の根元部３５４（位置ａ‐ｂ間）から湾曲部３５３（位置ｂ‐ｃ間）は、芯材３５５が埋設されず、ニッケル合金のみによって形成される。
【００５０】
スパークプラグ３００の電極位置と温度との関係について図６（Ｂ）に基づいて説明する。
【００５１】
図６（Ｂ）は、第３実施形態に係るスパークプラグ３００の電極位置−温度特性を示す。横軸は接地電極３５０の位置を示し、縦軸はその位置での電極温度を示す。実線Ｅはスパークプラグ３００を示す。破線Ｂ及び破線Ｃについては、第１実施形態と同様であり、説明の容易のため省略する。
【００５２】
スパークプラグ３００では、先端部３５４にのみ熱伝導率の高い芯材３５５を配置するため、位置ｃ‐ｄ間では電極温度の傾きは破線Ｂと同様に小さくなり、芯材３５５を有さない位置ａ‐ｃ間では電極温度の傾きは大きくなる。したがって、スパークプラグ３００では、位置ｃと位置ｄとの電極温度の温度差を小さくでき、位置ｃ−ｄ間の電極温度を許容温度以下で破線Ｂよりも高い温度に設定できる。これにより、第１実施形態と同様に、接地電極３５０の先端部３５４での消炎作用を抑制できるとともにエンジン振動等に起因する変形も防止できる。
【００５３】
また、接地電極３５０の根元部３５２及び湾曲部３５３には芯材３５５が配置されていないため、位置ａ‐ｃ間の電極温度は破線Ｂよりも高くなる。したがって、熱負荷による接地電極３５０の劣化の抑制効果は第１実施形態よりも低減する。
【００５４】
以上により、第３実施形態は下記の効果を得ることができる。
【００５５】
本発明によれば、スパークプラグ３００の接地電極３５０の根元部３５２から湾曲部３５３には芯材３５５を配置せず、先端部３５４にのみ芯材３５５を配置するため、先端部３５４の温度を、許容温度以下でプレイグニッションが発生しない程度に高くすることができる。これにより、熱負荷による接地電極３５０の劣化の抑制効果は第１実施形態よりも小さくなるものの、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００５６】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。
【００５７】
例えば、接地電極５０、２５０、３５０は、取付部２０、２２０、３２０に複数設けるようにしてもよい。
【００５８】
また、芯材５５、５６、２５５、３５５は接地電極５０、２５０、３５０を構成するニッケル合金よりも熱伝導率が高いものであればよく、例えば、ニッケル合金よりも熱伝導率が高いアルミニウムを芯材として使用しても、第１実施形態から第３実施形態と同様の効果が得られる。また、アルミニウムはニッケル合金よりも比重が小さいため、エンジンの振動等によって接地電極５０、２５０、３５０に生じる加振力を低減する。したがって、エンジンの振動に起因する曲げ応力が緩和することができ、スパークプラグ１００、２００、３００の耐久性をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】スパークプラグの第１実施形態を示す図である。
【図２】スパークプラグの接地電極の断面を示す図である。
【図３】スパークプラグによって混合気が点火された時の火炎の発達過程を示す図である。
【図４】接地電極の電極位置−温度特性を示す図である。
【図５】スパークプラグの第２実施形態を示す図である。
【図６】スパークプラグの第３実施形態を示す図である。
【図７】従来のスパークプラグの構造を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００、２００、３００、４００  スパークプラグ
１１  放電ギャップ
２０、２２０、３２０、４２０  取付部
２１、２２１、３２１、４２１  ネジ部
３０、２３０、３３０、４３０  絶縁体
３１  軸孔
４０  中心電極
４１、２４１、３４１、４４１  中心電極側チップ
５０、２５０、３５０、４５０  接地電極
５１、２５１、３５１、４５１  接地電極側チップ
５２、２５２、３５２、４５２  根元部
５３、２５３、３５３、４５３  湾曲部
５４、２５４、３５４、４５４  先端部
５５、５６、２５５、３５５、４５５  芯材
【図１】
2007299670.tif 000003
【図２】
2007299670.tif 000004
【図３】
2007299670.tif 000005
【図４】
2007299670.tif 000006
【図５】
2007299670.tif 000007
【図６】
2007299670.tif 000008
【図７】
2007299670.tif 000009